Автор: Данилов Олег Евгеньевич

Рубрика: Методика преподавания учебных дисциплин

Опубликовано в Школьная педагогика №2 (5) апрель 2016 г.

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Компьютерная визуализация учебной информации по физике // Школьная педагогика. — 2016. — №2. — С. 26-30.



В статье приводится пример электронного ресурса для обучения физике, являющегося частью информационной системы, построенной по модульному принципу.

Ключевые слова: интерактивность, контент, учебные компьютерные модели, электронные образовательные ресурсы, ЭОР, информационные ресурсы образовательного назначения.

Современный учебно-методический комплекс для общеобразовательной школы включает информационные ресурсы для учащегося и для учителя. Он может предполагать использование определенных видов внешних информационных ресурсов: учебника и других учебных материалов на традиционных носителях, универсальных электронных энциклопедий, программного обеспечения прикладного характера и др. Основными видами специализированных компонентов информационных ресурсов на электронных носителях, используемых сегодня в общем образовании, являются:

 информационно-справочные ресурсы (энциклопедии, словари, собрания сочинений и т. д.);

 практикумы (виртуальные конструкторы, программы имитационного моделирования, учебно-производственные среды);

 тренажеры, готовые системы тестирования и тестирующие оболочки, позволяющие методисту и учителю наполнять их собственными базами тестов;

 программированные учебники, предлагающие учащемуся методически выверенную систему представления учебного материала и контроля знаний;

 системы, обеспечивающие управленческую деятельность и взаимодействие в локальной сети и Интернете внутри школы и вне школы.

Активное взаимодействие пользователя с электронным образовательным ресурсом (ЭОР) является обязательным элементом современного образования. Уровень интерактивности (уровень активности пользователя при работе с ЭОР) служит одним из важнейших показателей качества этого ресурса. С технической точки зрения ЭОР — это совокупность программ и данных, с точки зрения потребителя — это контент (совокупность содержательных элементов, представляющих объекты, процессы, абстракции, которые являются предметом изучения). По существу, контент — это то, что пользователь ЭОР видит и слышит. Контент, как правило, дополняется элементами управления, которые позволяют перемещаться по содержательному массиву, т. е. переходить от одного его фрагмента к другому. Организацию перемещения с помощью этих элементов называют навигацией. Элементы навигации чаще всего располагаются на периферии экрана. Под интерактивным понимается электронный контент, в котором возможны операции с его элементами: манипуляции с объектами, вмешательство в протекающие процессы. Как правило, такие операции производятся в активном полеконтента, которое может занимать как весь экран, так и его часть.

Рассмотрим ЭОР, созданный нами для изучения законов Ньютона (рис. 1). На экране компьютера изображено тело массой m, которое первоначально покоится. При этом на него действую две силы: сила тяжести mg и сила реакции опоры N(равные по величине, но противоположные по направлению).

Рис. 1. Тело покоится на горизонтальной поверхности

Пользователь ЭОР имеет возможность изменять значение коэффициента трения скольжения поверхности, на которой находится тело, и горизонтальную силу F, действующую на тело. В случае, когда трение отсутствует, а сила F отлична от нуля, получается такой вариант движения тела, который изображен на рис. 2. Тело движется с ускорением a(a = const).

Рис. 2. Тело равноускорено скользит по горизонтальной поверхности без трения

Если трение отлично от нуля, то возможна ситуация, представленная на рис. 3, когда сила F равна по величине силе трения Fтр, и тело покоится (a= 0). Справедливо соотношение F < µmg, где µ — коэффициент трения скольжения. В данном случае можно говорить о наличии трения покоя.

Рис. 3. Тело покоится, сила трения покоя отлична от нуля и равна горизонтальной силе, действующей на тело

При F =µmgситуация похожа на предыдущую (рис. 4): тело покоится (a= 0). Это предельный случай, когда ускорение все еще равно нулю. Если в такой ситуации телу сообщить некоторый импульс, оно начнет двигаться равномерно и прямолинейно.

Рис. 4. Тело вновь покоится, сила трения покоя отлична от нуля и равна горизонтальной силе, действующей на тело

Рис. 5. Тело движется равноускорено, сила трения скольжения меньше горизонтальной силы, действующей на тело

При дальнейшем увеличении силы F тело начинает двигаться равноускорено (a = const), что показано на рис. 5. Сила трения имеет максимальное значение, которого она достигла в случае, изображенном на рис. 4. Это так называемое трение скольжения. Если продолжать увеличение силы F, это приведет к увеличению ускорения, но движение будет оставаться равноускоренным (рис. 6).

Рис. 6. При увеличении горизонтальной силы тело скользит с большим ускорением

Таким образом с помощью данного ЭОР можно продемонстрировать учащимся движение тела согласно законам классической динамики. Учебные компьютерные модели (программы, предназначенные для обучения), примером которых является рассмотренный в статье ЭОР, позволяют наблюдать явления и процессы в динамике. В то же время такие программы предоставляют возможность увидеть на экране компьютера абстрактные объекты (в нашем случае, это, например, силы) [1]. Кроме того, преимущество данного ЭОР перед традиционными наглядными средствами обучения проявляется в том, что он позволяет наблюдать движение тела и одновременно с этим видеть характеристики движения (в первую очередь, ускорение) и причины такого движения (силы, действующие на тело).

Внедрение в процесс обучения электронно-вычислительной техники и ЭОР делает актуальным создание таких учебных программ, пособий и других материалов нового типа, ориентированных на использование персональных компьютеров в обучении. Именно по этой причине возникает потребность в создании принципиально новой технологии обучения, построенной на базе взаимодействия «человек-компьютер» [2, 4].

Рассмотренный в статье ЭОР является частью информационной системы, с помощью которой учащиеся изучают классическую механику. Система построена по модульному принципу. Каждый модуль посвящен отдельной теме механики и содержит следующий контент: объяснительную часть (учебную теорию), виртуальную экспериментальную часть (учебные компьютерные модели механических взаимодействий), контрольную часть (задания и тесты).

Также мы предлагаем методику решения физических (предметных) задач с помощью компьютерных моделей, ориентированную на формирование у учащихся умений системного исследования, направленного на решение конкретной проблемы [3].

Литература:

  1. Данилов О. Е. Моделирование газа в физическом симуляторе / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2015. — № 4. — С. 20–26.
  2. Данилов О. Е. Обучение в человеко-машинных системах / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2015. — № 2. — С. 84–90.
  3. Данилов О. Е. Решение задач механики с помощью компьютерных моделей / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2015. — № 3. — С. 40–48.
  4. Данилов О. Е. Создание систем виртуальной реальности для обучения физике / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2015. — № 4. — С. 20–27.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Посетите сайты наших проектов